【正文】 2 取 Δ NK整數(shù) N Δ NK0 提速 N轉(zhuǎn) 返 回 AT89C51 開(kāi)始 單片機(jī)控制直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 28 圖 48 調(diào)速軟件系統(tǒng)框圖 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) 存放計(jì)數(shù)器 T1中的值 是否計(jì)夠20次？ 累加 20次的計(jì)數(shù)值 計(jì)算實(shí)際轉(zhuǎn)速 n=60M/ZTc 給出 PID運(yùn)算參數(shù) TI、 TD、 KP 調(diào)用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器運(yùn)算 保存運(yùn)算結(jié)果 將實(shí)際轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制， 送入顯示 RAM顯示 返回中斷 重新設(shè)定定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的 初值并啟動(dòng) 重新設(shè)定定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的初值并啟動(dòng) N Y 單片機(jī)控制直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 29 5 系統(tǒng)的 MATLAB 仿真 本次系統(tǒng)仿真采用控制系統(tǒng)仿真軟件 ，使用 MATLAB對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真的主要方法有兩種 ： 一是以控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，使用 MATLAB的Simulink工具箱對(duì)其進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真研究 ； 另外一種是面向控制系統(tǒng)電氣原理結(jié)構(gòu)圖，使用 Power System工具箱進(jìn)行調(diào)速系統(tǒng)仿真的新方法。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后 (delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。 積分（ I）控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。 單片機(jī)控制直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 24 圖 45 顯示子程序 選通個(gè)位 ? 是 否 選通個(gè)位 ? 是 否 選通個(gè)位 ? 是 否 選通個(gè)位 ? 是 否 顯示個(gè)位 顯示十位 顯示百位 顯示千位 返回 延時(shí) 延時(shí) 延時(shí) 分解速度值到顯示緩沖區(qū) 延時(shí) 顯示完畢 ? 否 是 單片機(jī)控制直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 25 圖 46測(cè)速子程序 數(shù)字 PID 控制器 PID 控制器原理 在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的 調(diào)節(jié)器 控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱 PID 控制，又稱 PID 調(diào)節(jié)。讀取鍵值，按其實(shí)際功能進(jìn)行操作。 初始化子程序 ——完成硬件器件工作方式的設(shè)定、系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)和變量的初始化等，如圖 42。 TR0=1。 這樣，我們可以通過(guò)設(shè)定不同的定時(shí)初值 TW，從而改變占空比，進(jìn)而達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。 單片機(jī)控制直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 20 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) PWM 實(shí)現(xiàn) 方式 調(diào)脈寬的方式有三種：定頻調(diào)寬、定寬調(diào)頻和調(diào)寬調(diào)頻。 電源電路采用 78 系列芯片產(chǎn)生 +5V、 +15V。 其引腳定義如下 : DB0～ DB7:雙向數(shù)據(jù)總線 /RD、 /WR:讀寫(xiě)選 通信號(hào) /CS:片選信號(hào) RESET:復(fù)位信號(hào) CLK:時(shí)鐘信號(hào) A0:命令 /狀態(tài)或數(shù)據(jù)識(shí)別信號(hào) A=1,為寫(xiě)命令或讀狀態(tài) 。 鍵盤(pán) /顯示芯片 8279 簡(jiǎn)介 Intel 公司的 8279 是鍵盤(pán) /顯示模 塊的核心控制器。設(shè)時(shí)鐘脈沖頻率為 f0，光電編碼器每轉(zhuǎn)發(fā)出 p個(gè)脈沖，則 電機(jī)轉(zhuǎn)速的計(jì)算公式為： n=(60*m1*f0)/(z*m2) (35) 由于 M/T 法的計(jì)數(shù)值 M1 和 M2 都隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化，高速時(shí)，相當(dāng)于 M法測(cè)速，最低速時(shí)， M1=1，自動(dòng)進(jìn)入 T 法測(cè)速。當(dāng)電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)， A相脈沖超前 B相脈沖 90176。的兩路脈沖信號(hào)。絕對(duì)式編碼器的每一個(gè)位置對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測(cè)量的起始和終止位置有關(guān)，而與測(cè)量的中間過(guò)程無(wú)關(guān)。 2）可使電動(dòng)機(jī)在四象限運(yùn)行。電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)體現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)電壓正、負(fù)脈沖的寬窄上。 1之間變化。 在 HIN為低電平期間， LIN端輸入高電平， VT VT 3導(dǎo)通，在直流電機(jī)上加反向工作電壓。 在計(jì)算出（或測(cè)出）最大電壓后，再留有 20%~30%的裕量， 選用的 IGBT 型號(hào)為 三菱 公司的 CT60AM18F，其耐壓值為 900V，最大峰值電流 30A，完全滿足設(shè)計(jì)要求。（ 2） IGBT 的輸出電流和跨導(dǎo)都大于相同尺寸的功率 MOSFET。降低了產(chǎn)品成本和減少體積。 16 位是指他們都是由 16 個(gè)觸發(fā)器構(gòu)成，故最大計(jì)數(shù)模值為 1216? 。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。故采用方案一。以下是三種可改變占空比的方法： （ 1）定寬調(diào)頻法 :保持不變，改變，從而改變周期（或頻率）。硬件部分是前提，是整個(gè)系統(tǒng)執(zhí)行的基礎(chǔ)，它主要為軟件提供程序運(yùn)行的平臺(tái)。 單片機(jī)直流電機(jī)調(diào)速簡(jiǎn)介：?jiǎn)纹瑱C(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速。勵(lì) 磁控制法控制磁通，其控制功率雖然小但低速時(shí)受到磁場(chǎng)飽和的限制，高速時(shí)受 到換向火花和轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制，而且由于勵(lì)磁線圈電感較大動(dòng)態(tài)響應(yīng)較 單片機(jī)控制直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 3 差。過(guò)載能力大 ,能承受頻繁的沖擊負(fù)載 ,可實(shí)現(xiàn)頻繁的無(wú)級(jí)快速起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn) 。而 以往直流電動(dòng)機(jī)的控制只是簡(jiǎn)單的控制，很難進(jìn)行調(diào)速，不能 實(shí)現(xiàn)智能化。 關(guān)鍵詞： PWM 信號(hào) ； IR2110； PID 運(yùn)算 單片機(jī)控制直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 VI The Design Of Direct Current Motor Speed Regulation System Based On SCM ABSTRACT This article mainly introduces the method to generate the PWM signal by using AT89S52 singlechip puter to control the speed of a . motor. It also clarifies the principles of PWM and the way to adjust the duty cycle of PWM signal. In addition, IR2110 has been used as an actuating device of the power amplifier circuit which controls the speed of rotation of . motor. What’s more, is used in this system to measure the speed of . motor. In software, the article introduced the PID operation procedures, such as initial program and the writing of the thought and specific program realization .The result of the measurement is sent to A/D converter after passing the filtering circuit, and finally the feedback single is stored in the singlechip puter and participates in a PIDcalculation. Key words: PWM signal； IR2110； PID calculation 單片機(jī)控制直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 1 1 緒論 直流電機(jī)的發(fā)展 及設(shè)計(jì)背景 直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 參考文獻(xiàn) ： [1] 求實(shí)科技 編著 單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)實(shí)例導(dǎo)航 人民郵電出版社 2020 年 [2] 單片機(jī)實(shí)訓(xùn)教程 李 雅軒等編 北京航空航天大學(xué)出版社 2020 年 [3] 電力電子技術(shù) 王兆安等編 機(jī)械工業(yè)出版社 2020 年 [4]電氣自動(dòng)控制原理與系統(tǒng) 陳渝光主編 機(jī)械工業(yè)出版社 2020 年 完 成 期 限 指 導(dǎo) 教師簽名： 專業(yè)負(fù)責(zé)人簽名： 年 月 日 單片機(jī)控制直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 I 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明 原 創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。本學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 要求系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、急停、加速、減速的控制，以及 PWM 的占空比在 LED上的實(shí)時(shí)顯示。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 本系統(tǒng)中使用了 光電編碼器 對(duì)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量 ，并且 作為反饋值輸入到單片機(jī)進(jìn)行 PID 運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)直流電機(jī)速度的控制 。因此， 調(diào)速技術(shù)一直是研究的熱點(diǎn) 直流電動(dòng)機(jī)在冶金、礦山、化工、交通、機(jī)械、紡織、航空等領(lǐng)域中已經(jīng)得 到廣泛的應(yīng)用。直流它具有優(yōu)良的調(diào)速特性 ,調(diào)速平滑、方便 ,調(diào)速范圍廣 。但是對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有以下公式： n=U/Cc? TR內(nèi) /CrCc? (11) 其中： U— 電壓； R內(nèi) — 勵(lì)磁繞組本身的電阻； ? — 每極磁通 (Wb) Cc— 電勢(shì)常數(shù)； Cr— 轉(zhuǎn)矩常量 直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制方法可分為兩類：勵(lì)磁控制法與電樞電壓控制法。利用 光電編碼器 測(cè)得電機(jī)速度， 把電 壓信號(hào)反饋給單片機(jī)，在內(nèi)部進(jìn)行PID 運(yùn)算，輸出控制量完成閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速控制。本文所研究的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主要是由硬件和軟件兩大部分組成。 PWM 調(diào)速方法 在 PWM 調(diào)速時(shí)，占空比是一個(gè)重要參數(shù)。 方案二：采用軟件延時(shí)方式，這一方式在精度上不及方案一，特別是在引入 中斷后，將有一定的誤差。 圖 22 直流電機(jī) PWM調(diào)速系統(tǒng)原理圖 單片機(jī)控制直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 7 3 硬件部分 單片機(jī)的選型： AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。 AT89S52 內(nèi)部具有看門(mén)狗定時(shí)器及 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。與此同時(shí)， IR2110的研制成功并且投入應(yīng)用可以極大地提高控制系統(tǒng)的可靠性。 單片機(jī)控制直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 10 P W M 1 P W M 2VbHOVsLOH INL INSDC O MVb HO Vs LOH IN L IN SDC O MIR 2 1 1 0R9 R 1 0R 1 1 R 1 2VD 10VD 11IR 2 1 1 0C4 C5P W M 1 P W M 2U g1U g2 U g3 U g4V s s V s s 圖 33 IGBT 驅(qū)動(dòng)電路 元器件的選擇比較、選型 本設(shè)計(jì)采用 IGBT， IGBT 作為大功率的電路驅(qū)動(dòng)器件，具有以下 優(yōu)點(diǎn)： （ 1） IGBT在正常工作時(shí)，導(dǎo)通電阻較低，增大了器件的電流容量。 （ 2） IGBT 導(dǎo)通時(shí)承受的峰值電流 : Iirm= AI 1 ??? （ 32） 額定電電壓按 220V 供電電壓、額定功率 10kVA 容量算。此時(shí)直流電機(jī)正轉(zhuǎn)。 D在 0—1之間變化，因此 λ在177。 ABU在一個(gè)周期內(nèi)正負(fù)相間，這是雙極式 PWM 變換器的特征，其電壓、電流波形如圖 2所示。 雙極式控制的橋式可逆 PWM 變換器有以下優(yōu)點(diǎn)： 1）